[发明专利]基于量子点和量子阱材料混合结构的超辐射发光管

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体器件，特别是一种基于量子点和量子阱材料混合结构的超辐射发光管。

背景技术

超辐射即为放大的自发发射ASE（Amplifier Spontaneous Emission），是增益介质在强激发状态下的一种定向辐射现象。当增益介质中的激发密度足够高时，增益介质中的载流子受到自发发射光子的激发，使受激发射的光子数量雪崩式倍增，发光强度随之超线性地急剧增加，并使光谱宽度变窄，由初始的自发发射占主导很快的演变为以放大的自发发射为主。超辐射发光二极管（SLD）是一种介于激光器（LD）和发光二极管（LED）之间的半导体光源，它具有输出功率高、光谱宽度宽、稳定性好、光束方向性好，以及相干长度短等优良特性，可以为光纤陀螺等提供理想的光源。随着光学通讯和光学应用的进一步扩大，它还可以用于光时域反射仪、光学相干层析成像技术、光波分复用系统、光信息处理技术中。与其它的发光器件相比它有比较明显的优势，所以它的应用前景相当的广阔。

自第一个SLD发明以来，人们就如何提高它的发光功率和耦合功率、增加光谱宽度、降低相干长度、提高调制频率、降低光谱调制深度、降低温度特性等问题，进行了广泛的研究工作。目前提高器件性能的方法主要从两方面来做：一、从器件制作的工艺上，主要是要有效地抑制器件F-P腔的激射，这是超辐射发生的必要条件。经常采用的方法有：吸收区抑制、蒸镀抗反射膜、倾角抑制特性等；二、在器件的材料上，从体材料发展到单量子阱，从单量子阱到多量子阱，再到量子点结构。对于量子阱SLD，窄带隙有源区材料中载流子一维受限，类阶梯状的电子态密度使得SLD 工作电流显著降低，输出功率明显提高。进一步，采用非均匀多量子阱结构，即引入不同宽度的量子阱层作为SLD有源区，同时利用这些量子阱的基态能级跃迁，器件输出光谱可以得到进一步展宽。但对于非均匀多量子阱SLD，由于不同宽度量子阱基态跃迁能量是不连续的，这种多能级的发光迭加多造成谱带的形状不规则。对于量子点材料，其电子在三个维度都受到限制的，具有像原子一样的态密度，采用量子点制作的电子学、光子学器件在理论上具有比量子阱更优异的性能。尽管每个量子点具有类似于原子一样的分立能级，但是量子点的尺寸分布一般满足高斯分布，不同尺寸量子点的基态与激发态能级交叠在一起，使得量子点集合的能级近似连续分布。因此，在增大注入电流提高光谱宽度的同时，量子点基态和激发态同时贡献易于获得规则形状的光谱输出。虽然如此，但是理论上而言，在制备大功率SLD上，量子阱和体材料比量子点要有优势。

虽然目前对于SLD的理论研究己经比较成熟，但是越来越多的新应用要求SLD有更优良的性能。这就要求我们不断地改进器件工艺和材料，采用新的器件结构以便更好地抑制激射。因此，进行超辐射器件的工艺和材料研究与改进对整个器件的性能有很重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于量子点和量子阱材料混合结构的超辐射发光管，该超辐射发光管光谱宽，输出功率高。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于量子点和量子阱材料混合结构的超辐射发光管，包括依次设置的下电极、衬底、下分离限制层、下渐变折射率波导层、有源层、上渐变折射率波导层、上分离限制层、盖层、介质膜层、上电极构成，所述有源层为量子点和量子阱材料混合结构。

在本发明实施方案一中，上述量子点和量子阱材料混合结构为两层或多层结构，所述两层结构由沿材料生长方向上的单个量子点层和单个量子阱层层叠构成，所述多层结构由沿材料生长方向上的多个量子点层和多个量子阱层层叠构成。

上述量子点和量子阱材料混合结构包括一下势垒层和一上势垒层，所述下势垒层和上势垒层之间设有一或多个量子点层和一或多个量子阱层，两相邻量子点层之间设有点点间隔层，相邻量子点层与量子阱层之间设有点阱间隔层。

在本发明实施方案二中，上述量子点和量子阱材料混合结构由垂直于材料生长方向上的单个量子点区和单个量子阱区构成，或由垂直于材料生长方向交替设置的多个量子点区和多个量子阱区构成；所述量子点区由一或多个量子点层构成，所述量子阱区由一或多个量子阱层构成。

上述量子点区和量子阱区的上电极是分开的，与下电极形成两个或多个泵浦区，中间设有电极隔离条区。

本发明的有益效果是可以利用量子点本身所特有的尺寸、大小的非均匀、连续分布的特性，来实现超辐射发光二级管平滑的、较宽的光谱输出特性，同时利用量子阱结构不仅可以扩展光谱，更可以提高输出功率，使用效果好，具有很强的实用意义。

附图说明